Morfologia del DegradoMetodi di Intervento per la Conservazione delle SuperficiAntonio SansonettiIstituto per la Conservazione e Valorizzazione dei Beni Culturali

Gneiss compatti• serizzi o sarizzi

ALPSTONEPaesaggi, Architetture, Uomini

Pietre verdi• peridotite • Pietra d’Oira

Marmi• Marmo di Candoglia• Marmo di Ornavasso• Marmo di Crevola d’Ossola

Granito di Baveno

beola• lastricati e cordonature• coperture• mensole e architravi• balconi e scale• murature ordinarie

ALPSTONEPaesaggi, Architetture, Uomini

beola

struttura minuta e listata

struttura a “ghiande”parallele tra loro

Manufatto

Nessun trattamento DiagnosiMonitoraggio&Manutenzione

Decisione

Intervento di conservazioneeseguito

Intervento di conservazione

Norma Tecnica UNI 11182/2006 Normal Beni Culturali

Frontespizio della versione NorMaL 1/88

ICOMOSIllustrated Glossary on Stone Deterioration Pattern

http://www.icomos.org/en/what-we-do/disseminating-knowledge/publicationall/monuments-and-sites/116-english-categories/resources/publications/261-monumentsasites-xv

Glossario ICOMOS 6 gruppi composti da 2/11 termini

Crack & Deformation

Detachment Material Loss Discoloration & Deposit

BiologicalColonization

• Crack • Deformation

• blistering • bursting• delamination• disintegration• fragmentation• peeling• scaling

• alveolization• erosion• mech.damage• missing part• perforation

• crust• deposit• discoloration• efflorescence• encrustation• film• glossy aspect• film• patina• soiling

• alga• lichen• moss• mould• plant

Alterazione Cromatica

Calcare Nero Bergamasco Calcare Alberese

Alveolizzazione

Calcarenite Leccese

Puddinga della Val d’Aosta

Colature

Traccia ad andamento verticale. Frequentemente se ne ritrovano numerose ad andamento parallelo

Colonizzazione Biologica

Concrezione

Calcare Botticino e arenaria Travertino

Non presente nel Lessico 11182

Crosta Nera

Marmo

Deformazione

Marmo

Degradazione Differenziale

Gesso Selenite Marmo

Deposito superficiale

Pietra d’Istria

Disgregazione

Distacco

Intonaco

Efflorescenza

Erosione Esfoliazione

Prasinite Val d’Aosta Arenaria di Sarnico

Fratturazione o fessurazione

Calcare Marmo

Fronte di risalita

Materiale ceramico Intonaco

Graffito vandalico

Pietra Intonaco

Incrostazione

Travertino Marmo

Lacuna

Dipinto su roccia

Macchia

Mancanza

Intonaco Marmo

Patina

Marmo

Patina biologica

Marmo Pietra di Finale

Polverizzazione Presenza di vegetazione

Marmo

Non presente nel Lessico 11182

Rigonfiamento

malta

Scagliatura

Puddinga della val d’Aosta Calcare marnoso

ALPSTONEPaesaggi, Architetture, Uomini

Distacchi e rigonfiamento

ALPSTONEPaesaggi, Architetture, Uomini

ALPSTONEPaesaggi, Architetture, Uomini

ALPSTONEPaesaggi, Architetture, Uomini

Distacchi e mancanze

ALPSTONEPaesaggi, Architetture, Uomini

Beola: Scagliatura

Serizzo: disgregazione da sali solubili

e idrolisi

Intervento di Conservazione delle superfici

• Pulitura• Consolidamento superficiale• Sigillature e Integrazioni• Protezione

perché pulire?L’oggetto è degradato?

quali tra i metodi di pulitura è il più adatto per l’oggetto considerato?il trattamento è adatto?quali sono le proprietà fisiche e chimiche dell’oggetto e del degrado?quale prodotto toccherà le aree degradate senza interagire con l’oggetto?come lavora il trattamento?il trattamento è sicuro per l’operatore e per l’oggetto?il trattamento è nocivo per l’ambiente?

quale sarà l’effetto della pulitura?quando fermarsi?quanto insistere? come si presenterà l’oggetto dopo essere pulito?è intaccata la stabilità dell’oggetto?quanto spesso ci sarà bisogno di pulire l’oggetto in futuro?

• Requisiti – efficacia nella rimozione di tutte le sostanze dannose

(quali incrostazioni, polveri, sali solubili...) – non nocività nei confronti del substrato (non

provocare danni diretti o indiretti al materiale) – assenza di sottoprodotti dannosi – non invasività o nocività per l’operatore e l’ambiente– controllabile (rispettare la patina naturale o eventuali

strati intenzionali da conservare)

Materiali da rimuovere

Croste nere ScialbiPittureVecchi trattamentiBiodeteriogeniSali solubiliGraffitiMacchie colorateDepositi di particellatoFumi grassi Altro

produrre variazioni superficiali (abrasioni o micro-fratture)

produrre un aumento della porosità superficiale

Cos’è il DANNO ?

-tecniche chimiche- acqua nebulizzata o “atomizzata”- impacchi acquosi con materiali assorbenti- impacchi di soluzioni acquose con materiali assorbenti- impacchi con solventi organici con materiali assorbenti- soluzioni o sospensioni acquose ad azione solvente o complessante- resine a scambio ionico

-tecniche fisiche- pulitura laser- laser Nd:YAG λ 1064 nm- laser Nd:YAG λ 532 nm

- tecniche meccanichemicroaerabrasivatura a secco con sistema tradizionalemicroaerabrasivatura con sistema a vortice a secco

con acqua

Per superfici di pregio storico-artistico

Le proprietà uniche dell'acqua si originano dalle interazioni tra l'H di una molecola e il doppietto solitario di elettroni di un'altra molecola d'acqua. Questa interazione è chiamata legame ad idrogeno.

Queste interazioni possono originarsi in tutte le molecole in cui sia presente un H su un gruppo donatore (-O-H or –N-H) ed un doppietto solitario su un gruppo accettore (O=C, O-H). A causa della sua polarità l'acqua interagisce bene con gli ioni.

La pulitura con acqua nebulizzata

1. temperatura ambiente (possibilmente superiore a 14°C)2. attraverso ugelli idraulici (diametro dell’orifizio compreso tra 0.41 e

0.76 µm)3. pressione di esercizio sufficiente a portare l’acqua alla quota di

utilizzo4. distanza tra gli ugelli e la superficie 40/50 cm5. nebulizzare l’acqua verso l’alto in modo da consentire alle singole

goccioline di depositarsi a pioggia sulla superficie lapidea in assenza di qualsiasi azione meccanica

6. effetto solvente dell’acqua viene esaltato dalla nebulizzazione (diametro tra 80 e 120 µm); l’elevata superficie delle goccioline d’acqua così ottenute permette di usare la minor quantità di acqua con il massimo effetto

7. si utilizza acqua deionizzata (conducibilità 3,5 µS/cm)

La pulitura con impacchi acquosi:

L’impacco è un formulato chimico a base di acqua, agenti chimici di natura diversa e un supportante

Acqua deionizzataCarbonato o Bicarbonato d’ammonioMiscela AB57

Supportante: polpa di cartapolpa di cellulosa (carbossimetilcellulosa)sepiolite

FATTORI da controllareIl grado di purezza dell’acqua (conducibilità 3,5 µS/cm)Il pH della soluzione (5.5 ≤pH≤8.0)Il grado di purezza del supportante (no Sali)Lo spessore dell’impaccoIl tempo di applicazione

•Carbonato di ammonio: (NH4)2CO3

CaSO4 ·2H2O + (NH4)2CO3 (NH4)2SO4 + CaCO3 + 2H2O

GESSOCARBONATO D’AMMONIO

SOLFATO D’AMMONIOCARBONATO DI CALCIO

ACQUA

Effetti indesideratiSbiancamento della superficieAttacco chimico di specie sensibili al pH basico(collanti, sost. proteiche, pigmenti)

ATTENZIONE al pH della soluzione!!ai tempi di contattoal lavaggio della superficie

AB57La composizione dell’AB57 formulata dall’Istituto Centrale del Restauro di Roma è la seguente:

Acqua distillata 1000 ccBicarbonato d’ammonio 30 grBicarbonato di sodio 50 grEDTA (sale bisodico 25 grdell’acido etilendiammino-tetracetico)Desogen (biocida) 10 ccCarbossimetilcellulosa 60 gr

NaOOC-CH2 CH2-COONa

N-CH2-CH2-N

HOOC-CH2 CH2-COOH

+ CaSO4

N-CH2-CH2-N+ Na2SO4

CH2-COO—Ca—OOC-CH2

HOOC-CH2 CH2-COOH

EDTA

prima della pulitura Trattamento con acqua nebulizzata

dopo la pulitura con acqua nebulizzata

Impacco con carbonato d’ammonio

Pulitura con microaerabrasivaturaa umidoSistema JOS

Laser:Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

Pulitura Laser

Un Laser è composto da: il mezzo attivo, la sorgente di attivazione, il risonatore ottico.- Il mezzo attivo è formato da materiale solido, liquido o gassoso che, opportunamente stimolato, emette una radiazione; esso èresponsabile della lunghezza d’onda di emissione.- La sorgente di attivazione, indispensabile per innescare la reazione, fornisce al materiale attivo l’energia che permette l’emissione della radiazione.- Il risonatore ottico è formato da un sistema di specchi che permette di amplificare le onde elettromagnetiche della luce laser.

La radiazione laser è caratterizzata da: la lunghezza d’onda, la potenza e la modalità di emissione

Il laser può produrre luce ultravioletta, visibile e infrarossaL’emissione laser può essere continua, pulsata (impulsi lunghi nell’ordine dei ms – Normal Mode), a flash (impulsi corti nell’ordine dei ns – Q-switched)

λ Lunghezza d’ondaColore della radiazioneUV (0.2-0.4 µm) VIS (0.4-0.7 µm) IR (0.7-10 µm)

t durata dell’impulso laser (milli sec, nano sec)

E Energia dell’impulso (Joule) o potenza (Watt)

FL Fluenza o Densità di Energia (Joule/ cm2)

LASER Nd:YAG

Laser a stato solidoλ Lunghezza d’onda1064 nm o 532 nmOperante in regime Q-switch(frequenza 30Hz)t durata dell’impulso 7 nsE energia dell’impulso 1 J

selezionando in modo opportuno i parametri di irraggiamento, i depositi di colore scuro e le croste nere sottoposti agli impulsi assorbono selettivamente l’energia della radiazione laser e vengono rimossi in seguito ad un effetto che puo’ essere di tipo:

fotochimico (reazioni chimiche che avvengono soltanto per radiazioni ultraviolette)fototermico (dovuto alla conversione dell’energia utilizzata in calore)fotomeccanico (focalizzando impulsi ultracorti di elevata potenza di picco su aree molto piccole si ottengono vere e proprie vibrazioni meccaniche).

Vantaggi della pulitura LASER - minima invasività: non si richiede l’uso di sostanze chimiche, né il contatto con materiali abrasivi. Ciò permette di trattare strutture in avanzato stato di alterazione. È da ricordare però che la rimozione della crosta potrebbe comportare lo sgretolamento del substrato lapideo sottostante qualora esso si trovasse in stato di decoesione avanzata.- elevato grado di controllo: la rimozione dello strato di degrado avviene in modo molto progressivo e controllabile dall’operatore in quanto ogni impulso interessa spessori di pochi µm.- elevata precisione: il processo di pulitura interessa esclusivamente l’area illuminata dal fascio laser e quest’ultima può essere variata secondo necessità.- selettività: il differente assorbimento ottico della radiazione laser da parte dei materiali, in dipendenza del loro colore, può essere sfruttato per rendere la pulitura laser altamente selettiva ovvero, selezionando opportunamente i parametri di irraggiamento, è possibile produrre un’efficace rimozione dello strato di alterazione che però si arresta automaticamente quando il substrato più chiaro è riportato alla luce.- versatilità: le diverse sorgenti disponibili fanno si che il laser possa intervenire su differenti patologie di degrado.

microaerabrasivatura a secco tradizionale

micro-aero-abrasivi ad aria compressa dotati di matita munita di ugello in grado di proiettare un fine getto di polveri a base di microparticelle di varia natura e durezza del diametro medio di qualche decina di micron (50-500 µm)Possono essere variate la pressione di esercizio e la natura e granulometria dell’abrasivo

NATURA degli abrasivivetro, silice, allumina, carbonato di calcio

microaerabrasivatura a secco a vortice

(brevetto Rotec® e JOS®)

Nel sistema detto a “vortice” l’aria compressa e l’abrasivo sono portati da due tubi indipendenti e l’aria imprime all’abrasivo un moto vorticoso a spirale; questo sistema può anche avere sull’ugello un tubo che porta acqua per l’azione ad umido. Possono essere variate la pressione di esercizio di aria e acqua e la natura e granulometria dell’abrasivo.

Microaerabrasivatura con sistema JOS in cantiere a umido

Trattamenti Biocidi• Sali di ammonio quaternario• Benzalconio Cloruro• Glifosate

Prodotti Commerciali• Preventol

• Biotin• Algophase

ConsolidantiConsolidantiCoesione insieme di forze attrattive tra elementi microstrutturali

la maggior parte dei materiali artistici presentano microfratture

nel tempo le fratture possono divenire rilevabili ad occhio nudo

l’intervento ha l’obiettivo di ristabilire le proprietà meccaniche e microstrutturali originarie

ConsolidantiConsolidanti

Materiale Poroso + Consolidante

Riempimento Parziale dei Pori

Riempimento completo dei pori

ConsolidantiConsolidanti

Tipi di consolidantiTipi di consolidanti

organici e inorganici

applicati in soluzione

ad evaporazione del solvente

meccanismo di polimerizzazione

applicati per fusione

Metodi di applicazione consolidantiMetodi di applicazione consolidanti

Impacchi

Impregnazione sotto vuoto

Applicazione “fino a rifiuto”

Immersione

Esempi di ConsolidantiEsempi di Consolidanti

Fluosilicati (non più utilizzati)

Resine siliconiche

Resine acriliche (Paraloid, Primal)

Alcoli polivinilici, Acetati di polivinile

Esteri dell’acido silicico

Ca(OH)2; Ba(OH)2

Ossalati

ProtettiviProtettivi

Applicazione superficiale in strato sottile con funzione idrorepellente

Importante ruolo dell’acqua nei processi degradativi di quasi tutti i manufatti artistici

ProprietProprietàà di un protettivo: per essere efficace di un protettivo: per essere efficace ……....deve essere idrorepellente

materiale idrofilo materiale idrorepellente

goccia di acqua deposta su di una superficie

Idrofilia proprietà indipendente dalla porosità

ProprietProprietàà di un di un protettivoprotettivo……..per non essere dannosoper non essere dannoso

non deve modificare il colore di una superficie

non deve modificare il gloss di una superficie

deve essere permeabile

non deve produrre sottoprodotti dannosi

deve essere reversibile

deve essere durabile

Le stesse proprietLe stesse proprietàà sono richieste ad un consolidantesono richieste ad un consolidante

Metodi di applicazione protettiviMetodi di applicazione protettivi

A spruzzo

A pennello

Esempi di protettiviEsempi di protettivi

polisilossani

resine acril-siliconiche

resine acriliche (Paraloid)

resine fluorurate

cere microcristalline

Sistemi Antigraffito: protettivi….particolari

Prodotti CommercialiProdotti Commerciali• Paraloid B48 Metil-metacrilato copolimero• Paraloid B44 Metil-metacrilato• Paraloid B66 Metil-butil-metacrilato • Paraloid B67 Isobutil-metacrilato• Paraloid B72 Etil-metacrilato copolimero• Elvacite 2044/46 Butil-metacrilato• Acril 33 acrilica in emulsione• Acril ME acrilica in microemulsione• Primal AC 61/B60 A emulsioni (additivi in malte)• Plexisol, Plextol, Acrysol (conservazione dipinti)

Variano leggermente le proprietà fisiche di viscosità, TG, durezza

Resine Resine SiliconicheSiliconiche

Gli aromatici conferiscono alla catena più flessibilitàGli alifatici sono più resistenti agli UVPiù la catena alifatica è lunga, migliore è la resistenza agli

alcali; utile per i cementi.

Prodotti Commerciali Prodotti Commerciali siliconicisiliconici

• DRI Film 104 alcossi silano prepolimerizzato• Dow Corning 3110 adesivo e riempitivo• Wacker 290 silossano oligomerico• Rhodorsil RC80 blend Si(OEt)4 + silossano• Blue Star silicones

Resine epossidiche

Tipologia più comune prodotta con Bis fenolo A

• adesivi strutturali irreversibili• materiali compositi (fibre di vetro)• pitture e rivestimenti• resine termoindurenti• adesivi per vetro, legno, pietra, metallo, ceramica• stucchi in pasta

commercializzata a partire da 1927-36

tendono a subire grave degrado in seguito ad esposizione UV

grande versatilità (rigide/flessibili) buona resistenza al calore

Prodotti Commerciali Prodotti Commerciali EpossidiciEpossidici• Araldite AW106/2020 / LY 554 (liquidi trasparente)• Epo 121/127 adesivi in pasta• Balsite Stucco bicomponente• UHU Plus Adesivo bicomponente• Epo – tek adesivo per vetri (R.I. ≈ R.I. vetro = 1.54)

• AraMetal• Sintolit• Resina poliestere S1119

Prodotti Commerciali PoliestereProdotti Commerciali Poliestere

Prodotti Commerciali ViniliciProdotti Commerciali Vinilici

• Polivinil alcol PVAl (protettivi e consolidante per film pittorico)• Polivinil acetato PVA (resina termoplastica)• Mowilith DS5/2, Mowital B60HH• Vinavil, Vinnapas (emulsioni)• Serie CM Bond• Gelvatol

Resine FluorurateResine Fluorurate

Polimero vinilico variamente funzionalizzato

Lumiflon

Problemi di compatibilità tra malte

• Accordo cromatico• Proprietà meccaniche• Dilatazione termica• Rilascio di sali solubili• Modalità di trasporto dell’acqua

Grazie dell’attenzione

Antonio Sansonettisansonetti@icvbc.cnr.itwww.icvbc.cnr.it